Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO PID

Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo iv GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

LI CM N
Vi lòng kính trng và bitănăsơuăsc, tôi xin chân thành cmănăquýăthy
cô, gingăviênătrngăĐi hcăSăphm Kỹ thut Tp. H ChíăMinh,ăĐi hc Bách
khoa Tp. H ChíăMinhăđƣătn tình ging dy, truyềnăđt nhng kin thc quý báu
cho tôi trong toàn khóa hc.
Đặc bit, xin chân thành cmănăTS.ăNguynăMinhăTơm,ăngiăđƣătn tình
hng dn,ăgiúpăđỡ trong suốt quá trình thc hinăđề tài lunăvĕnătốt nghip.
Xin chân thành cm nă Ban Giám Hiu,ă Khoaă Đin Công Nghipă trng
Caoăđẳng Kinh t - Kỹ thutăKiênăGiangăđƣătoăđiều kin thun li cho tôi trong
suốt thi gian theo hc khóa hc này.
NgoƠiăraătôiăcũngăxinăcmăn bn bè, các anh ch hc viên cùng khóa cao hc
2011 ậ 2013ăđƣăđng viên, khuynăkhíchăvƠăgiúpăđỡ tôiăvt qua nhngăkhóăkhĕnă
trong suốt quá trình hc và thc hin lunăvĕnănƠy.
Vic thc hinăđề tài lunăvĕnănƠyăchc chn không tránh khi nhng thiu
sót vì kin thc chuyên môn còn hn ch. Rt mong nhnăđc s quan tâm, xem
xétăvƠăđóngăgópăýăkin quý báu ca quý Thy, Cô và các bnăđể cuốn LunăvĕnănƠyă
hoàn thinăhn.
Mt ln na xin chân thành cmăn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 03 năm 2013
Người thực hiện


DngăTrnăĐìnhăTho

Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo v GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
TÓM TT NI DUNG LUN VĂN THC Sƾ
Nhim v caăđề tài là thit k và thi công mô hình b chnhăluăbaăphaă

PWM ng dngăphngăphápătốiăuăhóaăcáăthể byăđƠnă(PSO)ăđể xácăđnh thông số
cho b điều khiển t l - tích phân ậ vi phân (PID) cho mô hình chnhăluăba pha
PWM.
B chnhăluăba phaăđc thi công thc t kt hp xây dng mô hình mô
phng trên Matlab/Simulink. Thut toánăPSOăđc thc hin trong Matlab xácăđnh
thông số Kp, Ki ca b điều khiển PID và np cho b điều khiển thông qua card
dSPACE1104. So sánh vi thut toán di truyềnă(GA),ăphngăphápăđề xut có hiu
qu hnătrongăvic ci thin các đặcăđiểm đápăng bc nhăgim li trng thái xác
lp, thi gian đápăng nhanh, gim đ vt lố. Thc hin mô phng các b điều
khiển vi phn mềm Matlab/Simulink.ăĐng thi so sánh kt qu vn hành trên mô
hình b chnhăluăbaăphaăPWMăthc t. Lunăvĕn đƣăthit k và thi công hoàn chnh
mô hình b chnhăluăbaăphaăPWMăng dng gii thut PSO vào b PID. Mô hình
b chnhălu gm có khối ngun, khối cm bin, khối cun kháng LC, khốiăđiều
khiển trung tâm, khối công sut, khối ti DC.
Các tín hiu từ khối cm bin dòng, cm bin áp s đcăđa tín hiu vào
khối điều khiển trung tâm sử dngăviăđiều khiển dSPACE1104.ăViăđiều khiển trung
tơmăđc lp trình da trên phngă phápă điều khiển điều ch vector không gian
SVPWM và kt hp gii thut PSO_PID s thc hin vic tính toán và xut tín hiu
PWM điều khiển qua khối Driver cóăcáchălyăđể điều khiển khối công sut cho tín
hiuăđin áp ra U
dc
bằng giá tr đặtătrc. Kt qu đápăngăđc yêu cu caăđề tài,
bao gm: Thit k hoàn chnh b chnhăluă3ăphaăPWMăđiều khiển PSO _ PID có
kt qu vn hành tốt,ăđápăng nhanh, ít vt lố hnăsoăvi cácăphngăphápăkhác.
Ni dung ca lunăvĕnăđc chia thành 6 chng:
 Chngă1:ăTngăquan
 Chngă2:ăGiiăthiuăcăsălýăthuyt chnhăluă3ăphaăPWM
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo vi GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
 Chngă3: GiiăthiuăcăsălýăthuytăPID_PSO

 Chngă4: KtăquămôăphngăMatlab
 Chngă5:ăMôăhìnhăvƠăthcănghimăchnhăluăba pha PWM
 Chngă6:ăKtălunăvà hngăphátătriểnăcaăđềătƠi


















Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo vii GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
MC LC
Trang
LÝ LCH KHOA HC I
LIăCAMăĐOAN III
LI CMăN IV
TÓM TT NI DUNG LUNăVĔNăTHCăSƾ V
MC LC VII

DANH SÁCH CÁC HÌNH X
CHNGă1:ăTNG QUAN 2
1.1 Tng quan chung về lƿnhăvc nghiên cu 2
1.2 Các kt qu nghiên cuătrongăvƠăngoƠiăncăđƣănghiênăcu. 3
1.3 Mcăđíchăcaăđề tài. 5
1.4 Nhim v và gii hn caăđề tài 5
1.5 Phngăphápănghiênăcu. 5
CHNGă2:ăCăS LÝ THUYT CHNHăLUăBAăPHAăPWM 8
2.1 Tng quan mch chnhăluăbaăphaăcóăđiều khiển PWM 8
2.2. Nguyên lý làm vic ca mch 9
2.3 Mô hình toán hc chnhăluăPWM 10
CHNGă3:ăCăS LÝ THUYT PID_PSO 18
3.1 Gii thiu b điều khiển PID 18
3.2ăSăđ khối ca b điều khiển PID. 19
3.3 Hiu chnh b PID bằngăphngăphápăZiegler-Nichols 20
3.4ăPhngăphápăZiegler-Nichols th nht 20
3.5.ăPhngăphápăZiegler-Nichols th hai 21
3.6 Tng quan gii thut PSO 23
3.7 Lch sử phát triển ca gii thut PSO 23
3.8 Các khái nimăcăbn trong gii thut byăđƠn 26
3.9 Mô t thut toán PSO 27
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo viii GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
3.10 Nhng vnăđề cn quan tâm khi xây dng gii thut PSO 31
3.10.1 Mã hóa cá thể 31
3.10.2 Mã hóa nh phân 31
3.10.3 Mã hóa hoán v. 32
3.10.4 Mã hóa theo giá tr 32
3.10.5 Mã hóa theo cu trúc cây 32
3.10.6 Khi to qun thể banăđu 33

3.10.7 Hàm thích nghi (hàm mc tiêu): 34
3.10.8 Hàm vn tốc v: 34
3.10.9 Cp nht v trí tốt nht cho c qun thể 35
3.11 Đặcăđiểm và ng dng ca gii thut PSO. 37
3.11.1ăĐặcăđiểm 37
3.11.2 ng dng 38
3.12 Hiu chnh b điều khiển PID bằng thut gii byăđƠn 38
CHNGă4: KT QU MÔ PHNG MATLAB 40
4.1ăSăđ khối mô hình tng thể chnhălu ba pha PWM 40
4.2 Thông số ca mch chnhăluăbaăphaăkhiăchy mô phng bằng Matlab 41
4.2.1 Dng h: 41
4.2.2 Dng kín có hi tip PID. 43
4.3ăĐiều khiển mch chnhăluăbaăphaăPWMăbằng b điều khiển PSO-PID 50
4.3.1ăSăđ tngăquanăluăbaăphaăPWMăbằng b điều khiển PSO-PID 50
4.3.2ăSăđ khối mch chnhăluăbaăphaăPWMăđiều khiển bằng PSO-PID 51
4.3.3ăSăđ tng quan mô phng trên maltab 52
4.4 Kt qu mô phng PID-PSO. 65
4.4.1 Kt qu mô phng PID-PSO (Trng hp 1) 65
4.4.2 Kt qu mô phng PID-PSOă(Trng hp 2) 66
4.4.3 Kt qu mô phng PID-PSOă(Trng hp 3) 67
4.4.4 Kt qu mô phng PID-PSOă(Trng hp 4) 71
CHNGă5: MÔ HÌNH VÀ THC NGHIM 79
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo ix GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
5.1 Quá trình thc nghim ti phòng thí nghim 79
5.2 Săđ nguyên lý mô phng maltab dùng lnh dSPACE1104 80
5.3 Các khốiăđiều khiển trong dSPACE104. 80
5.3.1 Khốiăsensorăđin áp khiển trong dSPACE104. 80
5.3.2 Khối sensorădòngăđin khiển trong dSPACE104. 81
5.3.3 Khốiăsensorăđin áp DC khiển trong dSPACE104. 81

5.3.4 Khối SVPWM khiển trong dSPACE104. 82
5.4ăMƠnăhìnhănhúngăchngătrìnhăxuống dSPACE104 83
5.5ăMƠnăhìnhăcontroldeskăđiều khiển card dSPACE104 84
5.6ăMôăhìnhăchaăhotăđng card dSPACE104. 85
5.7ăMƠnăhìnhăcontroldeskăđangăhotăđngăđiều khiển card dSPACE104. 86
5.8 Mô hình hotăđng ti th hai card dSPACE104. 88
5.9 Số liu kt qu thc nghim 89
5.10 Kt lun: 90
CHNGă6: KT LUN 91
6.1 Kt lun 91
6.2 Hn ch 91
6.3ăHng phát triển caăđề tài 91
TÀI LIU THAM KHO 92
PH LC 94

Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo x GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Mch chnhăluăbaăpha 8
Hình 2.2: Vectorăkhôngăgianăđin áp. 9
Hình 2.3: Mchătngăđngăca b chnhăluăbaăphaError! Bookmark not
defined.
Hình 2.4: Khốiăđiều khiểnăđin áp urd - urq cho chnhăluăPWM 16
Hình 2.5: Trngătháiăđóngăm mch sector 1 17
Hình 2.6: Trngătháiăđóngăm mch sector 2 17
Hình 2.7: Trngătháiăđóngăm mch sector 3 Error! Bookmark not defined.
Hình 2.8: Trngătháiăđóngăm mch sector 4 Error! Bookmark not defined.
Hình 2.9: Trngătháiăđóngăm mch sector 5 Error! Bookmark not defined.
Hình 2.10: Trngătháiăđóngăm mch sector 6 Error! Bookmark not defined.

Hìnhă3.1:ăKhơuăđiều khiển vòng kín 18
Hình 3.2: Cu trúc PID 19
Hìnhă3.3:ăSăđ khối ca mt h h 20
Hìnhă3.4:ăĐápăng ca h h 20
Hìnhă3.5:ăSăđ khối ca mt h kín có b PID 21
Hìnhă3.6:ăSăđ khối ca h kín có b t l P 21
Hìnhă3.7:ăĐápăng ca h kín 22
Hình 3.8: Mô t kinătìmăđng 24
Hình 3.9:ăLuăđ gii thut ca thut toán PSO 29
Hình 3.10: Cá thể biểu din mt biểu thc toán hc 33
Hình 3.11: Chuyểnăđng ca cá thể 35
Hình 3.12: B điều khiển PID bằng gii thut byăđƠn 38
Hình 3.13:ăLuăđ gii thut ca h thốngăđiều khiển PSO-PID 39
Hình 4.1:ăSăđ khối mch chnhăluăbaăphaăPWM 40
Hình 4.2ă:ăSăđ nguyên lý mch chnhăluăbaăphaăPWM 41
Hình 4.3:ăSăđ mch chnhăluăbaăphaăPWM 41
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo xi GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 4.4: Tín hiuăđinăraăDCăvƠădòngăđin ra DC 42
Hình 4.5: Tín hiuăsóngăđin áp ba pha 42
Hình 4.6: Tín hiuăsóngădòngăđin ba pha 43
Hình 4.7:ăSăđ nguyên lý mch chnhăluăbaăphaăPWM 43
Hình 4.8:ăSăđ mch chnhăluăbaăphaăPWMămôăphng maltab 44
Hình 4.9:ăĐ th đinăápăDCăvƠădòngăđin DC 45
Hình 4.10: Tín hiuăsóngăđin ba pha 45
Hình 4.11: Tín hiuăsóngădòngăđin ba pha 46
Hình 4.12:ăĐ th đinăápăDCăvƠădòngăđin DC 46
Hình 4.13: Tín hiuăsóngăđin ba pha 47
Hình 4.14: Tín hiuăsóngădòngăđin ba pha 47
Hình 4.15:ăĐ th đinăápăDCăvƠădòngăđin DC 48

Hình 4.16: Tín hiuăsóngăđin ba pha 48
Hình 4.17: Tín hiuăsóngădòngăđin ba pha 49
Hình 4.18:ăSăđ nguyên lý mch chnhăluăbaăphaăPWM 51
Hình 4.19:ăSăđ khối mô phng PSO-PID Simulink Matblab. 51
Hình 4.20:ăSăđ nguyên lý mô phng PSO-PID Simulink Matblab. 52
Hình 4.21:ăSăđ khối ngun mô phng Simulink Matblab. 52
Hình 4.22: Bin áp t ngu 380/110V ậ 50V ậ 30V 53
Hình 4.23:ăSăđ khối cm bin dòng mô phng Simulink Matblab. 53
Hình 4.24:ăSăđ mchădòngăđin và hình dáng cm bin dòng 53
Hình 4.25:ăSăđ khối cm binăđin áp mô phng Simulink Matblab. 54
Hình 4.26:ăS đ mchăđin áp AC và DC và hình dáng cm binăđin áp 54
Hình 4.27:ăSăđ khối cun kháng Simulink Matblab và hình nh. 54
Hình 4.28:ăSăđ khối công sut trong Simulink Matblab. 55
Hình 4.29:ăSăđ mch công sut và hình dáng IGBT 55
Hình 4.30:ăSăđ khối ti trong Simulink Matblab. 55
Hình 4.31:ăSăđ tính góc thesta Simulink Matblab. 56
Hình 4.32:ăSăđ tính ABC sang f-Alfa và f-Beta Simulink Matblab. 56
Hình 4.33:ăSăđ tính f-Alfa và f-Beta sang Theta Simulink Matblab. 56
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo xii GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 4.34:ăSăđ tính abc chuyển sang ud và uq Simulink Matblab. 57
Hình 4.35:ăSăđ tính ABC sang f-Alfa và f-Beta Simulink Matblab. 57
Hình 4.36:ăSăđ f-Alfa, f-Beta và Theta chuyển sang Ud - Uq Simulink Matblab.57
Hình 4.37:ăSăđ khối tính abc chuyển sang Id và IqSimulink Matblab. 58
Hình 4.38:ăSăđ tính ABC sang f-Alfa và f-Beta Simulink Matblab. 58
Hình 4.39:ăSăđ f-Alfa, f-Beta và Theta chuyển sang id - iq Simulink Matblab. 58
Hình 4.40:ăSăđ khốiăđiều khiển khóa IGBT ti Urd và Urq Simulink Matblab. 59
Hình 4.41:ăSăđ khối PID1 Simulink Matblab. 59
Hình 4.42:ăSăđ khối PID2 Simulink Matblab. 59
Hình 4.43:ăSăđ khối chuyển tính hiu ra Urd và Urq Simulink Matblab. 60

Hình 4.44:ăSăđ khối Tính thi gian các khóa IGBT Simulink Matblab. 60
Hình 4.45:ăSăđ tính f-d, f-q và Teta sang f-Alfa và f-Beta Simulink Matblab. 60
Hình 4.46:ăSăđ xácăđnh phn thc Vs và góc phi Simulink Matblab. 61
Hình 4.47:ăSăđ xácăđnh sector và alpha Simulink Matblab. 61
Hình 4.48:ăSăđ khối thi gian kích IGBT Simulink Matblab. 62
Hình 4.49:ăSăđ khối tính thi gian chuyển khóa IGBT Simulink Matblab. 62
Hình 4.50:ăSăđ khối to xung PWM kích IGBT Simulink Matblab. 63
Hình 4.51:ăSăđ khốiăDriverăđiều khiển các khóa IGBT Simulink Matblab. 63
Hình 4.52:ăSăđ khối Vref và PID Simulink Matblab 64
Hình 4.53:ăSăđ khối tìm thông số PID - PSO Simulink Matblab. 64
Hình 4.54:ăĐ th đinăápăDCăvƠădòngăđin DC 65
Hình 4.55: Tín hiuăsóngăđin AC ba pha 65
Hình 4.56: Tín hiuăsóngădòngăđin ba pha 66
Hình 4.57:ăĐ th đinăápăDCăvƠădòngăđin DC 66
Hình 4.58: Tín hiuăsóngăđin áp ba pha 67
Hình 4.59: Tín hiuăsóngădòngăđin ba pha 67
Hình 4.60:ăĐ th đinăápăDCăvƠădòngăđin DC 68
Hình 4.61: Tín hiuăsóngăđin áp ba pha 68
Hình 4.62: Tín hiuăsóngădòngăđinăvƠăđin áp 69
Hình 4.63: Tín hiuăsóngăhƠiăTHDăđin áp pha c 69
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo xiii GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 4.64:ăPhơnătíchăFFTădòngăđin pha C 70
Hình 4.65: Tín hiu sai số và Kp,Ki 70
Hình 4.66:ăĐ th đinăápăDCăvƠădòngăđin DC 71
Hình 4.67:ăĐ th dòngăđin pha A 71
Hình 4.68:ăĐ th đinăápăphaăAăvƠădòngăđin pha A cùng pha 72
Hình 4.69:ăPhơnătíchăFFTăđin áp pha C 72
Hình 4.70:ăPhơnătíchăFFTădòngăđin pha C 73
Hình 4.71:ăĐ th đinăápăDCăvƠădòngăđin DC 73

Hình 4.72:ăĐ th dòngăđin pha C 74
Hình 4.73:ăĐ th đinăápăphaăAăvƠădòngăđin pha A cùng pha 74
Hình 4.74:ăphơnătíchăFFTăđin áp pha C 75
Hình 4.75:ăPhơnătíchăFFTădòngăđin pha C 75
Hình 4.76: Tín hiu sai số và Kp,Ki 76
Hình 5.1 Kt qu thc nghim trên máy tính sử dng boad dsPACE1104 79
Hình 5.2: Các khối lnh to trên Matlab 80
Hình 5.3: Các khối kt nối cm bin áp mô phng Matlab 80
Hình 5.4: Các khối kt nối cm binădòngăđin mô phng Matlab 81
Hình 5.5: Các khối kt nối cm binăđin áp DC mô phng Matlab 81
Hình 5.6: Thông số SVPWM ậ dSPACE1104 mô phng Matlab 82
Hình 5.7:ăĐặt thông số SVPWM ậ dSPACE1104 mô phng Matlab 82
Hình 5.8: Nhúng từ Matlab xuống boad card dsPACE1104 83
Hình 5.9: Màn hình giao din mô phng trên boad dsPACE1104 84
Hình 5.10: Màn hình giao din mô phng trên boad dsPACE1104 85
Hình 5.11: Ch đ chaăđiều ch PWM qua mô phng trên boad dsPACE1104 86
Hình 5.12: Ch đ điều ch PWM qua ti 1 mô phng trên boad dsPACE1104 86
Hình 5.13:ăMôăhìnhăđangăhotăđngqua ti 1 trên boad dsPACE1104 87
Hình 5.14: Ch đ điều ch PWM qua 2 ti mô phng trên boad dsPACE1104 88
Hình 5.15:ăMôăhìnhăđangăhotăđng 2 ti trên boad dsPACE1104 89
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo xiv GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
DANH SÁCH CÁC BNG
Trang
Bng 2.1: Bng trng thái kích dn IGBT theo vector không gian 10
Bng 2.2: Bng tính toán 8 trng thái caăđin áp da vào công thc (2.3) 16
Bng 3.1: Bng tính các thông số PID theo ZậN1 21
Bng 3.2: Bng tính các thông số PID theo ZậN2 22

Bng 4.1: So sánh kt qu mô phng PSO-PID viăPIDăthng. 78

Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo xv GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
DANH SÁCH CH VIT TT
ACO Ant Colony Optimization
ANN Artificial Neural Network
IAE Integral absolute-error criterion
ISE Integral square-error criterion
ITSE Integral-of-time multiplied square-error criterion
ITAE Integral-of-time-multiplied absolute-error criterion
P Proportional controller
PI Proportional-integral controller
PID Proportional-integral-derivative controller
PSO Particle Swarm Optimization
i
dc
Giá tr dòng đin mt chiều
i
L
Giá tr dòng đin ti mt chiều
ic Giá tr dòngăđin mt chiều qua t
V
dc
Giá tr đin áp mt chiều
V
ref
Giá tr đin ápăđặt chnh lu
α,ăβ

Thành phn theo taăđ vector không gian

f Tn số

Góc pha bằng
f

2

U
an
Đin áp vào pha a
U
bn
Đin áp vào pha b

U
cn
Đin áp vào pha c
i
a
Đin áp vào pha a
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo xvi GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
i
b
Đin áp vào pha b
i
c
Đin áp vào pha c
e
a

Đin áp pha a
e
b
Đin áp pha b
e
c
Đin áp pha c
u
rd
, u
rq
và s
d
,s
q
đin đặt vào chnhălu,ăcácăkhóaăđóngăm trong góc taăđ d-q
u
d
,u
q
và i
d
,i
d
đinăáp,ădòngăđin quayăđng b trong góc taăđ d-q
K
a
Khóa đóngăm IGBT pha a phía trên
K
b

I Khóa đóngăm GBT pha b phía trên
K
c
Khóa đóngăm IGBT pha c phía trên
R

Đin tr cun kháng
L

Đin cm cun kháng
i
d
Thành phn vector dòng đin vào b chnh lu trên h trc ta đ d
i
q
Thành phn vector dòng đin vào b chnh lu trên h trc ta đ q
THD H số méo dng dòng đin
MBA Máy bin áp
LC Mch lc LC
DC Đin áp mt chiều
ADC B chuyển đi tng t số (A
nalog - to Digital Converter)
I/O Cng vào ra (I
nput/ Output)
PWM Điều ch đ rng xung (vit tt ca P
ulse Width Modulation)
SVPWM Điều bin vector không gian (vit tt ca S
pace Vector Modulation)
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 1 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

Phn A: DẪN NHP
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 2 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

Chng 1
TNG QUAN

1.1 Tng quan chung v lƿnh vc nghiên cu chnh lu có điu khin PWM
Nhng thp niên 80 ca th kỷ XX, kỹ thutăđin tử ch đc ng dng trong
nhng mchăđiều khiển,ăđoălng, khống ch, bo vầăh thốngăđin công nghip
giălƠăđin tử công nghip.
Đn thp niên 90 ca th kỷ XX, kỹ thutăđin tử đƣăng dng khá rng rãi và
thành công trong vic thay th các khí c đinădùngăđể đóngăngt ngunăđin cho
nhng ph ti mt pha và ba pha, làm các b ngun công sut ln trong công
nghipầăViăuăđiểmălƠăkíchăthc nh gn, d điều khiển và thun tin,ăđápăng
tn số đc m rng, kh nĕngăvề công sut,ăđinăáp,ădòngăđinăvƠăđ tin cy ngày
cƠngăđc ci tin.
Ngày nay, tốcăđ phát triển công nghip rt nhanh, kèm theo là các yêu cu
cao trong khâu truyềnăđng n đnhăđinăápăvƠăcóăđiều chnh đin áp, không thể

thiuăđc trong các dây chuyền công nghip. Vicăđiều khiểnăchínhăxácăđể to nên
các chuyểnăđng phc tp là nhim v ca h thống truyềnăđng. Phát triển công
ngh bán dnăđƣăch to các b điều khiểnăđin tử công sutăđápăng yêu cu truyền
đng ngày càng phc tp trên. Mt trong nhng thit b góp phn quan trng trong
lƿnhăvcăđiều khiển truyềnăđngăđin là b chnhăluăDCăhayăcònăgi là b ngun
DC.
B chnhăluăDCăđc sử dng rng rãi trong mt số ng dngănh:ăchnhăluă
m đin 12V-24V/300A, ngun switching 15V/1000A, ngun bin tn, máy np c
quy 12V-24V/1000A, máy np phóng c quy, máy phc hi c quy, máy hàn mt
chiều, máy gi tiầăHinănayăchúngăđc ng dng trên khp th gii.
Vic nghiên cuăđiều khiển chnhăluăđƣăcóătừ lâu. Đốiătng chính trong các
nghiên cu này là nghiên cu chnhăluătheoăphngăphápăđiều ch đ rng sóng
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 3 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

mang (CPWM).Trong nhngănĕmăgnăđơy,ăvic nghiên cuăcácăphngăphápăđiều
khiển chnhăluăPWMăđƣăvƠăđangăđc thc hin ngày mt nhiềuăhn,ăthành qu
nht là nghiên cuătheoăphngăphápăvectorăkhông gian (SVPWM).
Các công trình nghiên cu về chnhă luă PWMă xut phát từ các phòng thí
nghim caăcácănc Mỹ, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốcầ cũngăch theoăhaiăhng
trên.
Ngày nay vi s phát triển nhanh chóng ca khoa hc kỹ thut và công ngh
trên th gii, Vit Namăđang từng ngày hi nhp và tip nhn nhng thành tu mi
nht ca khoa hc và công ngh.ăĐặc bit trong ngành công nghip đin tử, các
thit b đin tử công sut đc sn xut ngày càng nhiều,ă đc ng dng trong
công nghip và đi sống hằng ngày phát triển ht sc mnh m.
Hin nay, vic b ngunăđin mt chiềuăthng sử dng bằng diode, SCR,
Transistorầ vi nhiều nhcăđiểm: dòng đu vào cha nhiều sóng hài bc cao,
quá trình chuyển mch din ra chm.ăĐể khc phc nhng nhc điểm trên, nghiên
cu các phng pháp mi, mt trong nhng phng án đó là phng pháp chnh

lu PWM.
Đề tài lunăvĕnătốt nghip đc chn: “Điu khin mch chnh lu ba pha
PWM, bằng b điu khin PSO-PID”, để mô phng và thi công mô hình.
1.2 Các kt qu nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc đƣ nghiên cu.
Qua d liu trên internet, tp chí khoa hc, cho thy mt số tài liu có liên
quanăđnăđề tài.
a/ Tp chí Control Strategy for Three Phase Voltage Source PWM Rectifier
Based on the Space Vector Modulation, Kada HARTANI, Yahia
MILOUD
Moulay
Tahar University of
Saida
University of Saida. BP-138 En-nasr Saida ậ
Algeria
kada_hartani
tháng 3/2010.
b/ăĐiều khiển VSC-HVDC - ng dng trong truyền tiăđin mt chiều Hi An
- Đo Cù Lao Chàm. ( Control of VSC-HVDC Aplication of HVDC transmission
Hoi An - Cu Lao Cham island).
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 4 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

c/ A PSO-Based Optimum Design of PID Controller for, a Linear Brushless
DC Motor, Mehdi Nasri, Hossein Nezamabadi-pour, and Malihe Maghfoori,
ineering and Technology 26-2007.
d/ Lê Hùng Lân, Lê Th Tuyt Nhung, Tng hp b điều khiển PID bền vng
choăđốiătng tham số m đm boăđ d tr m về biênăđ và pha., Tuyển tp báo
cáoăKHăHNKHKTăĐoălng IV, 2005.
e/ Công trình nghiên cu ca PhmăVĕnăLc,ăTrngăĐi HcăSăPhm Kỹ
ThutăTPHCMăắng dụng phương pháp điều khiển PID mờ kết hợp với phương

pháp định hướng trường để điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha”.ăKt
qu mô phng cho thyă phng pháp PID-m tốtă hnă soă viă phngă pháp PID
thôngăthngănhădòngăđin khiăđng nh, tốcăđ đngăcăbámăsátătốcăđ đặt vi
sai số nh.
f/ CôngătrìnhănghiênăcuăcaăHuỳnhăĐcăChn, trìnhăbƠyăvềăphngăphápăđiềuă
khiểnăđnhăhngătừăthôngă (FieldăOrientatedăControlă- FOC)ăchoă đngăcăkhôngă
đngăbăbaăphaăvƠăgiiăthutăbyăđƠnă(Particleăswarmăoptimization- PSO)ăđểăxácă
đnhăthôngăsốăbăđiềuăkhiểnăPID.ăPhngăphápăFOCăvƠăgiiăthutăxácăđnhăthôngăsốă
băđiềuăkhiểnăPIDăbằngăphngăphápăcăđiểnăZiegleră- NicholsăvƠăbằngăgiiăthută
tốiăuăbyăđƠnăPSOăđcătrìnhăbƠyăchiătitătrongăbƠiăbáoănƠy.ăĐểăkiểmătraătínhăđúngă
đnăcaăgiiăthut,ăcông trình nƠyăsửădngăngônăngălpătrìnhăMatlab/Simulinkăđểă
môă phngă điềuă khiểnă FOCă đngă că khôngă đngă bă baă phaă bằngă phngă phápă
Ziegler - NicholsăvƠăgiiăthutăbyăđƠn.ăKtăquămôăphngăchoăthyăbăđiềuăkhiểnă
PIDăviăthôngăsốăđcăxácăđnhăbằngăgiiăthutăPSOăhotăđngătốt.
g/ Công trình nghiên cu ca nhóm tác gi Radha Thangaraj; Thanga Raj
Chelliah; Millie Pant; Ajith Abraham and Crina Grosan, Indian Institute of
Technology Roorkee; Scientific Network for Innovation and Research Excellence
Washington, USA and Department of Computer Science, Babes-Bolyai University
Cluj-Napoca,ă Romaniaă ắOptimal gain tuning of PI speed controller in induction
motor drives using particle swarm optimization”,ătrongăcôngătrìnhănƠyănhómătácăgi
đƣăsử dng bốnăphngă phápă để điều chnh b PIDă trongă điều khiển tốcă đ ca
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 5 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

đngăcăkhôngăđng b ba pha rotor lngăsócăđóălƠ:ăPIDăc điển, PID- PSO, PID
m và PID m lai. Kt qu mô phng cho thy,ăphngăphápăPIDăm lai thì thi
gianăđápăng tốcăđ nhanh,ăđ vt lố vƠăđ st dốc caăđngăcăkhiăthayăđi ti tốt
hnăsoăviăcácăphngăphápătrên.ăBênăcnhăđóăkt qu mô phngăcũngăchoăthy vi
phngăphápătốiăuăb PID bằng thut gii byăđƠnă(PSO)ăthìăđ vt lố vƠăđ st
dốc caăđngăcăkhiăthayăđi tiăđều nh hnăsoăviăphngăphápăPIDăc điển

1.3 Mc đích ca đ tài.
Điều khiển b chnhăluăbaăphaăPWMăbằng b điều khiển PSO-PID.
1.4 Nhim v và gii hn ca đ tài
Đề tài “Điu khin mch chnh lu ba pha PWM, bằng b điu khin
PSO-PID” đaăra kt qu mô phng h thống. Từ đóăthit k, thi công mô hình b
ngun chnhăluăba phaăcóăđiều khiển, đng thiălƠmăcăs áp dng vào thc tin.
Nhim v trng tâm và gii hnăđề tài ch tp trung nghiên cu:
- Tìm hiểu mch chnhăluăbaăphaăPWM.ă
- Xây dng mô hình toán hc b chnhăluăbaăphaăPWM.ă
- Điều khiển b chnhăluăbaăphaăPWMăbằngăphngăphápăPID.ă
- Tìm hiểu gii thut PSO và áp dngăđể xácăđnh thông số tốiăuăchoăb điều
khiển PID.
- Điều khiển b chnhăluăbaăphaăPWMăbằng b điều khiển PSO-PID. `
1.5 Phng pháp nghiên cu.
Để đápăngăđc các mcătiêuăđƣăđề ra, tin hành nghiên cu và gii quyt các vn
đề nhăsau:
- Thu thp và nghiên cu các tài liu liên quan về các mch chnhăluăba pha
cóăđiều khiển, các gii thut mch chnhăluăba phaătrongăvƠăngoƠiănc.
- Nghiên cuăvƠăphơnătíchăcácăphngătrìnhătoánăhc ca b chnhăluăba pha
PWM.
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 6 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

- Nghiên cu và phân tích các gii thut PSO.
- Phân tích thut toán
- Nhnăxétăuăkhuytăđiểm ca từng gii thut
- ChnăphngăphápătốiăuăvƠăcóăkh nĕngăthc hinăđề tài.
- Vităchngătrình mô phng bằng công c phn mền Matlab.
- Da vào gii thutăđƣăchnăvƠăđể điều khiển IGBT.
- Dùng các khốiăđể kt nối và mô phng số liu có liên quan.

- Nhn xét kt qu mô phng.
















Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 7 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm








Phn B: NI DUNG
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 8 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

Chng 2
C S LÝ THUYT CHNH LU BA PHA PWM
2.1 Tng quan mch chnh lu ba pha có điu khin PWM
Mch chnhăluăbaăphaăsử dng ngunăbaăphaăcóăđiểm trung tính viăsăđ
nguyênălýă(Hìnhă2.1)ănhăsau:ă

Hình 2.1: Mạch chỉnh lưu ba pha
- Mch gmăsáuăkhóaăKăđcăđiều khiểnăđc lp. Mi khóa K gm IGBT và
diode mcăsongăsongăđể dnăđin hai chiều.
- T Căđcădùngăđể lc phẳngăđin áp ra.
- CunădơyăLăvƠăđin tr R là hai thành phn ca cun cmătĕngăcng lc
ngun.
MchăcóăuăđiểmăvƠănhcăđiểm ca mch chính sau:
uăđiểm:
- Điều chnhăđc giá tr đin áp DC ngõ ra (da vào lutăđóngăngt các khóa K)
- Gimădòngăđin hài  ngõăvƠoă(dùngăphngăphápăđiều ch đ rng xung).
Nhcăđiểm:
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 9 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

- Ph thuc vào ph ti ln, nh (nhăhng số lnăđóngăkhóaăca IGBT).
2.2 Nguyên lý làm vic ca mch
- Điều khiểnăđóngăngtăcácăkhóaăKăsaoăchoăđin áp mt chiềuăngõăraăđt giá tr đặt
mong muốn.
- Qui lutăđiều khiển:ăkhôngăđóngăhaiăkhóaătrênăcùngămtăphaăđể tránh ngn mch
ngõ ra.
- Qui lutăđiều khiển khóa K theo bngăsau.ă(1:ăđóngăkhóa,ă-1: ngt khóa)
(Trng thái các khóa
, khôngăđng thi vi trng thái khóa K

a
, K
b
, K
c
)
Phân tích b chnhăluăbaăphaăPWM.ă
Ti giá tr (K
a
, K
b
, K
c
) = (-1 -1 -1) và
, =(1 1 1) thì các khóa ngt.
Săđ vector không gianăđin áp cho chnhăluăPWM:
Các thiăđiểm kích dn IGBT: V0, V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7
Các sector trong không gian: I, II, III, IV, V, VI

Hình 2.2: Vector không gian điện áp.
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 10 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

Bảng 2.1: Bảng trạng thái kích dẫn IGBT theo vector không gian
Trng
thái
V1
V2
V3
V4

V5
V6
V7
V0
V trí
V(1,-1,-1)
V(1,1,-1)
V(-1,1,-1)
V(-1,1,1)
V(-1,-1,1)
V(1,-1,1)
V(1,1,1)
V(-1,-1,-1)
K
a

1
1
-1
-1
-1
1
1
-1
K
b

-1
1
1

1
-1
-1
1
-1
K
c

-1
-1
-1
1
1
1
1
-1
Góc pha

giữa điện áp nguồn (e
a
, e
b
, e
c
) và dòng điện (i
a
, i
b
, i
c

) có giá trị tùy
chc năng ca mạch:


= 0
o
: chỉnh lưu ( chọn)


= 180
o
: nghịch lưu


= 45
o
: phát công suất kháng về li
2.3 Mô hình toán chnh lu PWM
Taăđặt

T
cbas
eeee










;
T
cn
bn
ans
u
u
uu









;
T
cbas
iiii










;
T
cbas
kkkk










Phng trình đin áp ba pha ngun ta có:










)
3
4

- sin( =
)
3
2
-sin( =
)sin(
E
e
E
e
m
c
m
b
m



t
t
t
E
e
a
(2.1)
Áp dng đnh lut Kirchhoff 2 ta có:
ueRi
di
sss
s

dt
L 

(2.2)


Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 11 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

Trin khai công thc (2.2) ta có đin áp e
a
, e
b
, e
c

(2.3)


Khi khóa K  trng thái sector 1: K
a
= 1 ; K
b
= -1 ; K
c
= -1 áp dng đnh lut
Kirchhoff 2 ta có phng trình

(2.4)

Khi K  trng thái sector 1: K
a
= 1 ; K
b
= -1 ; K
c
= -1












vu
vu
vu
dccn
dcbn
dcan
3
1
3

1
3
2

(2.5)
Trng thái khóa k t sector 2 đn 6 cũng cho kt qu tng t












vu
vu
vu
dccn
dcbn
dcan
3
1
3
1
3
2

















0
0
0
i
c
i
b
i
a
e
c
dt

di
c
L
c
Ri
Ri
b
dt
di
b
L
e
b
e
b
dt
di
b
L
i
b
R
Ri
a
dt
di
a
L
e
a

u
dc












uRi
di
e
uRi
di
e
uRi
di
e
cnc
c
c
bnb
b
b
ana

a
a
dt
L
dt
L
dt
L
Luận văn thạc sĩ Điều khiển mạch chỉnh lưu ba pha PWM bằng bộ điều khiển PSO-PID
HVTH: Dương Trần Đình Thảo 12 GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm

Vit li di dng ma trn





































K
c
K
b
K
a
u
dc
u
cn
u
bn

u
an
211
121
112
6
1

(2.6)
Chuyn khai ma trn (2.6) ta có
 
 
 

































v
KKK
u
v
KKK
u
v
KKK
u
dc
bac
cn
dc
cab
bn

dc
cba
an
2
2
2
6
1
6
1
6
1

(2.7)
Phng trình dòng đin qua t C
 
 












=

- =
KKKi
iKKK
dt
dv
c
cbadc
Lcba
dc
iii
iii
iii
cba
cba
Lc
dc

(2.8)
Thay (2.7) vào (2.3) ta có
 





















ii
K
i
K
i
K
dv
v
KKK
Rie
di
v
KKK
Rie
di
v
KKK
Rie
di
Lc

c
b
b
a
a
dc
dc
cba
cc
c
dc
bca
bb
b
dc
acb
aa
a
dt
C
dt
L
dt
L
dt
L
6
6
6
2

2
2

(2.9)